Методика отримання параметрів налаштувань системи керування

Температура припливного повітря регулюється одноконтурною САР з ПІ-законом регулювання. Розрахуємо параметри ПІ-регулятора методом Klein et al. (1992) Model: Method 1 для передатної функції:

 

 

Розрахунок какадної САУ

 

Wоб

y_з(t) y_{з к}(t) у_рстy(t)

Wрcт

Wрк

(p_зад) (p)

- W_об1

y(t) y₁(t)

 

Рис.2 Каскадна САУ

 

1) Будь-яким методом (МАЧХ, РАФХ, інженерні методики) розраховується по значенню .

2) Будь-яким методом (МАЧХ, РАФХ, інженерні методики) розраховується по значенню .

1) Будь-яким методом (МАЧХ, РАФХ, інженерні методики) розраховується по значенню .

2) Будь-яким методом (МАЧХ, РАФХ, інженерні методики) розраховується по значенню .

 

Хід виконання роботи

1. Розрахувати параметри регуляторів каскадної АСК температури повітря в приміщенні в режимі "Зима". Параметри об’єкта отримати шляхом ідентифікації ТОУ.

2. Після вмикання стенду обрати свій варіант початкових параметрів моделі. При потребі внести корекції.

3. Встановити на контролері відповідний режим роботи та знайдені параметри регулятора.

На екрані контролера обрати вікно «Тек.пар.(Т)». Встановити режим роботи «Зима» (Мал. 25). Для обраного режиму роботи контролера обрати параметр «Рег.темп.» як Т_пом. (температура в приміщенні).

Це буде означати, що регулювання буде відбуватися для температури повітря в приміщені, тобто буде ввімкнена каскадна система регулювання. В SCADA-системі ознакою того, що відбувається регулювання по температурі повітря в приміщені буде те, що завдання для температури буде знаходитись не під температурою припливного повітря, а під температурою повітря в приміщенні.

Далі необхідно встановити параметри для випереджаючого контуру регулювання. Для цього у тому ж вікні перейти на зображення «Закон корректирующего регулятора» та через нього увійти у вікно «Ручные настройки».

4. Виконати налаштування параметрів калорифера.

5. Перевести систему в автоматичний режим роботи.

Для переведення АСК в автоматичний режим потрібно на пульті управління 11 SCADA-програми натиснути кнопку «Авт.». Підтвердити команду переведення в автоматичний режим. Після чого на пульті управління натиснути на кнопку «Пуск» та підтвердити команду запуску системи.

Свідченням того, що система перейшла в автоматичний режим роботи буде те, що користувачу буде доступно для зміни лише завдання температури для повітря в приміщені та температури зворотного теплоносія.

6. Зняти перехідні характеристики за каналами "завдання–вихід" та "збурення–вихід".

Слід отримати перехідні процеси по двом каналам: завдання-вихід та збурення-вихід. Для того, щоб змінити завдання для системи регулювання, потрібно натиснути на поле введення завдання під температурою яка регулюється в даний момент. Після натиснення з’явиться вікно в якому задається температура.

Змінивши завдання, потрібно зачекати, поки параметр не встановиться на нове значення. По завершенню перехідного процесу, потрібно в вікні архівних даних задокументувати даний процес для його подальшого включення в протокол лабораторної роботи.

Для дослідження перехідного процесу по каналу збурення-вихід потрібно нанести системі збурення шляхом зміни температури повітря на вулиці або шляхом зміни температури прямого теплоносія.

Після нанесення збурення необхідно зачекати доки контролер не відрегулює збурення і досліджуваний параметр не вернеться на значення, яке мав до нанесення збурення.

По завершенню перехідного процесу, потрібно в вікні архівних даних задокументувати його для подальшого включення в протокол лабораторної роботи.

7. У випадку отримання низької якості перехідних процесів, провести корекцію параметрів налаштувань системи до отримання прийнятної якості регулювання.

 

Обробка результатів

1. Детально описати роботу системи управління температурою повітря в приміщенні в холодний період року.

2. Навести основні кроки отримання параметрів налаштувань системи керування.

3. Визначити основні показники якості перехідного процесу.

4. Для остаточних перехідних процесів навести повний список налаштувань контролера, які стосуються досліджуваної системи управління. Цей список повинен мати всі налаштування включаючи зону нечутливості, параметри РО, захисту, тощо.

5. На основі перехідних кривих в замкнутій системі зробити висновки про якість роботи системи керування з точки зору призначення системи вентиляції повітря та характер динамічних процесів в системі.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ і НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Лабораторна робота №5

«Дослідження системи підтримки температури повітря в приміщенні в режимі «Зима»

 

з курсу "Автоматизація теплоенергетичних процесів та виробництв"

Бригада №3

 

Виконав:

студент 5-го курсу

групи ТО-81,ТЕФ

Коструб Д.О.

 

Перевірили:

Олійник С.Ю.

Баган Т.Г.

 

 

Київ 2012

Обробка результатів

Знімемо розгінну характеристику та порахуємо передатню функцію припливного повітря та повітря в приміщенні, зміною положення клапану гарячого теплоносія на 6%.

Табл. 1. Температура припливного повітря.

t, c	Тпрт, 0С		t, c	Тпрт, 0С		t, c	Тпрт, 0С
	18,7			21,4			22,4
	18,7			21,5			22,4
	18,7			21,5			22,5
	18,8			21,5			22,5
	18,9			21,6			22,5
				21,6			22,5
	19,1			21,7			22,5
	19,2			21,7			22,5
	19,3			21,7			22,6
	19,5			21,8			22,6
	19,6			21,8			22,6
	19,7			21,8			22,6
	19,8			21,9			22,6
	19,9			21,9			22,6
				21,9			22,6
	20,1			21,9			22,7
	20,2						22,7
	20,3						22,7
	20,4						22,7
	20,5			22,1			22,7
	20,6			22,1			22,7
	20,6			22,1			22,7
	20,7			22,1			22,7
	20,8			22,2			22,8
	20,8			22,2			22,8
	20,9			22,2			22,8
	20,9			22,2			22,8
				22,2			22,8
				22,3			22,8
	21,1			22,3			22,8
	21,1			22,3			22,9
	21,2			22,3			22,9
	21,3			22,3			22,9
	21,3			22,4			22,9
	21,3			22,4			22,9
	21,4			22,4			22,9

 

 

t, c	Тпрт, 0С		t, c	Тпрт, 0С		t, c	Тпрт, 0С
	22,9			23,1			23,2
	22,9			23,1			23,2
	22,9			23,1			23,2
	22,9			23,1			23,2
	22,9			23,1			23,2
	22,9			23,1			23,2
				23,1			23,2
				23,1			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,2
				23,2			23,3
				23,2			23,3
				23,2			23,3
				23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3
	23,1			23,2			23,3

 

Рис. 3. Температура припливного повітря при зміні положення клапана гарячого теплоносія на 6%

 

 

Рис. 4. Перехідна характеристика температури припливного повітря.

 

За рисунком визначимо К об = (y(∞) – y(0))/ΔD.

 

Значення ΔD=6%.

К об = (23,3-18б7)/6=0,76⁰С/%РО.

 

Тепер за графіком, показаним вище маємо змогу визначити Т об і τ _об.

 

τ_об = 25 с

Т_об = 410 с

Отже модель об’єкту управління за каналом «зміна витрати теплоносія – температура припливного повітря» виглядає наступним чином:

 

 

Табл. 2. Температура повітря в приміщенні.

t, c	Тпом, 0С		t, c	Тпом, 0С		t, c	Тпом, 0С
	18,7			20,4			21,7
	18,7			20,4			21,7
	18,7			20,5			21,8
	18,7			20,5			21,8
	18,7			20,6			21,8
	18,8			20,6			21,8
	18,8			20,7			21,9
	18,8			20,7			21,9
	18,8			20,8			21,9
	18,8			20,8			21,9
	18,9			20,8			21,9
	18,9			20,9
				20,9
	19,1
	19,1			21,1
	19,2			21,1			22,1
	19,2			21,1			22,1
	19,3			21,2			22,1
	19,3			21,2			22,1
	19,4			21,2			22,1
	19,5			21,3			22,1
	19,5			21,3			22,1
	19,6			21,4			22,2
	19,7			21,4			22,2
	19,7			21,4			22,2
	19,8			21,5			22,2
	19,9			21,5			22,2
	19,9			21,5			22,2
				21,5			22,3
				21,6			22,3
	20,1			21,6			22,3
	20,1			21,6			22,3
	20,2			21,6			22,3
	20,3			21,7			22,3
	20,3			21,7			22,3

 

t, c	Тпом, 0С		t, c	Тпом, 0С		t, c	Тпом, 0С
	22,3			22,6			22,8
	22,4			22,6			22,8
	22,4			22,6			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,4			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,5			22,7			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,8
	22,6			22,8			22,9
							22,9
							22,9

Рис. 5. Температура в приміщенні при зміні положення клапана гарячого

теплоносія на 6%

 

Рис. 6. Перехідна характеристика температури в приміщенні.

 

За рисунком визначимо К об = (y(∞) – y(0))/ΔD.

Значення ΔD=6%.

 

К об = (22,9-18,7)/6=0,7 ⁰С/%РО.

 

Тепер за графіком, показаним вище маємо змогу визначити Т об і τ _об.

 

τ_об = 48 с

Т_об = 792 с

 

Отже модель об’єкту управління за каналом «зміна витрати теплоносія – температура повітря у приміщенні» виглядає наступним чином:

 

 

Для передатної функції температури припливного повітря порахуємо настройки ПІ-регулятора за інженерним методом.

Для передатної функції температури повітря в приміщенні порахуємо настройки ПІ-регулятора за методом РАФХ.

m=0.366;

w=0:0.00001:0.1;

s=-m*w+i*w;

Wo=(0.7.*exp(-48.*s))./(792.*s+1);

Wo1=(0.76.*exp(-25.*s))./(410.*s+1);

Wvc=2.26.*(1+1./(s.*217));

Woe=(Wvc.*Wo.*Wo1)./(1+Wvc.*Wo1);

Re=real(Woe);

Im=imag(Woe);

Kp=-(m.*Im+Re)./(Im.^2+Re.^2);

Ki=-w.*(m.^2+1).*Im./(Im.^2+Re.^2);

plot(Kp,Ki,'-k');

ylabel('Kp/Tu');

xlabel('Kp');

grid;

Рис. 7. Крива заданого ступеня коливальності еквівалентного об’єкта.

 

За рис. 7 знаходимо налаштування ПІ-регулятора зовнішнього контуру (температури повітря в приміщенні).

Для знайдених передатніх функцій температури припливного повітря та повітря в приміщенні було пораховано настройки ПІ-регуляторів та знято перехідний процес температури повітря в приміщенні. Перехідний процес було знято при нанесенні збурення. Збурення було нанесено зміною завдання температури повітря в приміщенні з 23⁰C до 25⁰С та зміною температури повітря навколишнього середовища на 5⁰С, а потім ще на 15⁰С.

Зона нечутливості по температурі 0,5⁰С. Відкриття заслінок 20%, рециркуляція – 80%.

Рис. 8. Перехідний процес температури повітря в приміщенні по каналу «завдання по температурі – температура в приміщенні»

 

Час перехідного процесу по каналу «завдання по температурі – температура в приміщенні» складає 2500 с; запізнювання – 100 с.. Також присутня статична похибка в 0,1⁰С, яка викликана зоною нечутливості по температурі.

Рис. 9. Перехідний процес температури повітря в приміщенні по каналу «зміна температури повітря навколишнього середовища – температура в приміщенні»

Як видно з рис. 9, перехідний процес по каналу «зміна температури повітря навколишнього середовища – температура в приміщенні» достатньо стабільний. Температура навколишнього середовища незначною мірою впливає на зміну температури повітря в приміщенні, але трохи більшою мірою впливає на температуру повітря в притоці.

Прямі показники якості по температурі в приміщенні:

 

	«завдання-вихід»	«збурення -вихід»
Статична похибка
Динамічна похибка		0,7
Час регулювання,c	2000с	700с
Перерегулювання,%	46%	76%
Степінь затухання	0,7

 

 

Висновок

 

В ході даної лабораторної роботи було досліджено систему регулювання температури повітря в приміщенні в холодний період року. Було знято перехідні характеристики температури повітря в притоці та температури повітря в приміщенні. Було пораховано настройки ПІ-регулятора для передавальної функції температури припливного повітря за інженерним методом, а настройки ПІ-регулятора для передавальної функції температури повітря в приміщенні за методом РАФХ.

Було знято перехідні процеси по каналам «завдання по температурі – температура в приміщенні» та «зміна температури повітря навколишнього середовища – температура в приміщенні».

Перехідний процес по каналу «завдання по температурі – температура в приміщенні» в певній мірі задовольняє поставленим вимогам якості регулювання. Головним завданням системи регулювання температури повітря в приміщенні в режимі «Зима» є відпрацювання збурення. З перехідного процесу по каналу «зміна температури повітря навколишнього середовища – температура в приміщенні», що відхилення температури повітря в приміщенні незначне, а відхилення температури повітря в притоці є більшим але теж не значним. Це обумовлено тим, що приміщення як об’єкт керування є більш інерційним параметром ніж приток, тому для відчутної зміни параметра потрібно більше часу. Також достатньо невелике відхилення температури повітря в притоці обумовлене присутністю рециркуляції повітря в системі. Рециркуляція складає 80%, що забезпечує достатню стійкість значення температури в притоці при зміні температури повітря навколишнього середовища.

Отже, можна зробити висновок, що настройки регуляторів були обрані достатньо коректно та система відповідає поставленим вимогам.